單片機(jī)開發(fā)板在項(xiàng)目教學(xué)方法中的應(yīng)用

【摘要】本文針對目前單片機(jī)類相關(guān)課程的傳統(tǒng)教學(xué)方式，提出了基于單片機(jī)開發(fā)板和keil開發(fā)軟件條件下的單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)法。教學(xué)效果證明，基于單片機(jī)開發(fā)板和keil開發(fā)軟件的項(xiàng)目教學(xué)法，改善了傳統(tǒng)教學(xué)方法在單片機(jī)軟硬件知識(shí)學(xué)習(xí)方面的不足，很好的提升了學(xué)生單片機(jī)知識(shí)水平、實(shí)踐能力和培養(yǎng)了學(xué)生單片機(jī)系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)和項(xiàng)目開發(fā)能力。

【關(guān)鍵詞】項(xiàng)目教學(xué);單片機(jī);開發(fā)板;實(shí)踐

教育部正在醞釀一種改革，啟動(dòng)高校轉(zhuǎn)型改革，1200所國家普通高等院校，將會(huì)有600多所也就是將近一半轉(zhuǎn)向職業(yè)教育。那也就是說，培養(yǎng)技能型人才的高校比例將會(huì)大幅上升。我校為應(yīng)用型本科院校，開展的應(yīng)用型本科教育實(shí)際上就是本科的職業(yè)教育。

單片機(jī)原理及應(yīng)用是我校電氣工程及其自動(dòng)化、自動(dòng)化等專業(yè)一門非常重要的主干課程。單片機(jī)廣泛應(yīng)用在電力電子技術(shù)、工業(yè)自動(dòng)化、智能儀器儀表等多個(gè)領(lǐng)域，但是相關(guān)工作崗位要求學(xué)生有很強(qiáng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力和項(xiàng)目開發(fā)的能力，如何培養(yǎng)技能型人才，讓學(xué)生學(xué)以致用，實(shí)現(xiàn)畢業(yè)后與工作崗位的無縫對接，具備工作崗位的專業(yè)技能，對單片機(jī)相關(guān)課程現(xiàn)有的傳統(tǒng)教學(xué)模式提出了挑戰(zhàn)。

一、單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)法及其實(shí)踐平臺(tái)

目前，單片機(jī)課程傳統(tǒng)的教學(xué)模式是“理論教學(xué)”、“課內(nèi)實(shí)驗(yàn)”和“課程設(shè)計(jì)”。教學(xué)內(nèi)容相對比較單一，綜合訓(xùn)練和工程背景不強(qiáng)、，造成學(xué)生對單片機(jī)技術(shù)理解不透徹、實(shí)踐動(dòng)手能力普遍較弱。[1]

項(xiàng)目教學(xué)法主張先練后講，先學(xué)后教，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，主動(dòng)參與，從嘗試入手，從練習(xí)開始，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、創(chuàng)造性、積極性等，學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，圍繞具體的項(xiàng)目構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容體系，通過師生共同參與完成一個(gè)具體的項(xiàng)目而展開的教學(xué)活動(dòng)。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法教學(xué)是以實(shí)踐應(yīng)用為根本目標(biāo)，在項(xiàng)目的教學(xué)實(shí)施過程中，學(xué)生按需學(xué)習(xí)，親身實(shí)踐，學(xué)習(xí)成為一個(gè)參與的創(chuàng)造實(shí)踐活動(dòng)，項(xiàng)目完成的過程有利于培養(yǎng)分析和解決問題的能力，加強(qiáng)對學(xué)生自學(xué)能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。[2]

在單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)法中引入單片機(jī)開發(fā)板，keil開發(fā)軟件。

圖1 單片機(jī)開發(fā)板

1.開發(fā)板簡介

單片機(jī)開發(fā)板如圖1所示，為單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)提供硬件環(huán)境。該開發(fā)板采用方便易學(xué)設(shè)計(jì)理念，各功能模塊完全獨(dú)立，互不干擾，模塊之間用排線快速連接。一方面可以鍛煉動(dòng)手能力，同時(shí)可加強(qiáng)初學(xué)者對實(shí)驗(yàn)板硬件的認(rèn)識(shí)，熟悉電路，快速入門;另一方面，因?yàn)楦鞴δ苣K均獨(dú)立設(shè)計(jì)，完全利用此板上的模塊資源，可以根據(jù)自身需要構(gòu)建一個(gè)相應(yīng)的最小系統(tǒng)板。系統(tǒng)單片機(jī)采用宏晶STC單片機(jī)，該單片機(jī)集成Flash 程序存儲(chǔ)器，并且具有 ISP在系統(tǒng)可編程功能，無需編程器，應(yīng)用宏晶公司提供的下載軟件，可由串口直接下載程序，幾秒鐘即可完成，為項(xiàng)目教學(xué)中的編程調(diào)試提供極大方便。

2.keil軟件應(yīng)用

Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選，即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令你事半功倍。Keil提供一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision），這個(gè)集成開發(fā)環(huán)境包含：編譯器，匯編器，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，項(xiàng)目管理器，和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器。Keil軟件在單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)過程中主要讓同學(xué)學(xué)習(xí)單片機(jī)編程。

二、項(xiàng)目教學(xué)方法的實(shí)施

項(xiàng)目的內(nèi)容是項(xiàng)目教學(xué)的基礎(chǔ)，項(xiàng)目的設(shè)計(jì)是項(xiàng)目教學(xué)的最重要的環(huán)節(jié)，通過各個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施，不僅要讓同學(xué)掌握單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)，還要培養(yǎng)同學(xué)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)能力。

本文將開發(fā)板提供的硬件環(huán)境和傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，打破傳統(tǒng)單片機(jī)教材的章節(jié)結(jié)構(gòu)，根據(jù)難易程度設(shè)計(jì)了三個(gè)層次的項(xiàng)目內(nèi)容，每個(gè)層次由幾個(gè)具體項(xiàng)目組成，每個(gè)項(xiàng)目大概4到8課時(shí)。[3][4]

1.基礎(chǔ)訓(xùn)練

項(xiàng)目1：單片機(jī)認(rèn)知，keil軟件應(yīng)用，下載軟件應(yīng)用。

主要內(nèi)容：了解單片機(jī)的性能，單片機(jī)的引腳功能，學(xué)習(xí)使用keil軟件開發(fā)平臺(tái)，了解開發(fā)板的主要功能模塊，開發(fā)板下載軟件下載流水燈的程序。

實(shí)施效果：通過該項(xiàng)目的實(shí)施，讓同學(xué)掌握keil軟件的基本應(yīng)用，對單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)過程有初步認(rèn)識(shí)。

項(xiàng)目2：輸入輸出接口，led指示燈應(yīng)用，按鍵，數(shù)碼顯示等。

主要內(nèi)容：了解led燈，led數(shù)碼顯示，獨(dú)立鍵盤，矩陣鍵盤等簡單輸入輸出接口的原理及使用方法。

實(shí)施效果：上述輸入輸出接口是單片機(jī)相關(guān)項(xiàng)目的基礎(chǔ)，通過該項(xiàng)目為同學(xué)在后續(xù)的項(xiàng)目實(shí)施過程中提供了簡單的人機(jī)交互接口，使同學(xué)對單片機(jī)在各相關(guān)行業(yè)的應(yīng)用有更加感性的認(rèn)識(shí)。

項(xiàng)目3：單片機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，寄存器應(yīng)用

主要內(nèi)容：順序結(jié)構(gòu)程序，分支程序，循環(huán)程序，子程序等。

實(shí)施效果：通過該項(xiàng)目的實(shí)施主要讓同學(xué)掌握單片機(jī)的編程方法，單片機(jī)各存儲(chǔ)器的功能以及讀寫方法。

2.接口模塊訓(xùn)練

項(xiàng)目4：單片機(jī)中斷系統(tǒng)

主要內(nèi)容：了解STC51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，中斷相關(guān)寄存器的功能，掌握中斷的編程方法和中斷電路的使用。

實(shí)施效果：中斷時(shí)單片機(jī)與外設(shè)交換數(shù)據(jù)的重要手段，通過該項(xiàng)目的實(shí)施使同學(xué)對中斷有了更深入的了解，掌握中斷的編程方法，中斷程序結(jié)構(gòu)，中斷在工程應(yīng)用中的意義。

項(xiàng)目5：單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

主要內(nèi)容：掌握STC51單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)，寄存器的功能，各種工作模式的特點(diǎn)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的編程方法。

實(shí)施效果：項(xiàng)目分別針對實(shí)際生產(chǎn)生活過程中的應(yīng)用進(jìn)行了定時(shí)器，計(jì)數(shù)器的練習(xí)。

項(xiàng)目6：串行通信接口

主要內(nèi)容：掌握STC51單片機(jī)串行通信接口的結(jié)構(gòu)，寄存器的功能，各種工作模式的特點(diǎn)，串口的通信協(xié)議和編程方法。

實(shí)施效果：通過該項(xiàng)目的實(shí)施使同學(xué)了解串行通信的基礎(chǔ)知識(shí)，完成單片機(jī)和PC（串口調(diào)試助手）之間的通信，完成兩臺(tái)開發(fā)板之間的通信（要求同學(xué)自定義通信協(xié)議）。

3.綜合訓(xùn)練

項(xiàng)目7：SPI總線，A/D，D/A轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用

主要內(nèi)容：SPI總線的引腳功能，時(shí)序。項(xiàng)目選用具有SPI接口的A/D，D/A轉(zhuǎn)換器。

實(shí)施效果：串行總線接口有很多優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)外圍電路的擴(kuò)展過程中使用更加廣泛，通過SPI總線和A/D或D/A轉(zhuǎn)化器項(xiàng)目的實(shí)施，不僅使同學(xué)掌握SPI總線，A/D，D/A工作原理和編程方法，而且讓同學(xué)掌握單片機(jī)外圍電路串行擴(kuò)展的思想，引導(dǎo)同學(xué)自學(xué)I2C總線和單總線等串行總線。

項(xiàng)目8：溫度可調(diào)聲光報(bào)警系統(tǒng)

主要內(nèi)容：溫度采集，鍵盤設(shè)置溫度的上下線，數(shù)碼顯示溫度，聲光報(bào)警，繼電器輸出。

項(xiàng)目所用模塊組合如圖2所示。

實(shí)施效果：該項(xiàng)目相對比較綜合，難度較大，可以在此基礎(chǔ)上增加加熱，降溫環(huán)境，實(shí)現(xiàn)閉合控制，很好的提高了學(xué)生綜合能力。

圖2 溫度可調(diào)聲光報(bào)警系統(tǒng)

綜合訓(xùn)練項(xiàng)目可以根據(jù)實(shí)際情況具體實(shí)施。

三、結(jié)束語

基于單片機(jī)開發(fā)板的項(xiàng)目教學(xué)方法改變了“單片機(jī)理論教學(xué)+實(shí)驗(yàn)教學(xué)+課程設(shè)計(jì)”傳統(tǒng)模式，并打破了傳統(tǒng)課本單片機(jī)教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)。教學(xué)過程中，每個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施都達(dá)到了很好的效果，并為我校學(xué)生參加的單片機(jī)類的全國大賽都取得的優(yōu)異成績奠定了基礎(chǔ)。

另外，該開發(fā)板提供的模塊很多，綜合訓(xùn)練可以根據(jù)不同同學(xué)的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行單獨(dú)設(shè)置。同學(xué)可以通過增加難度，增加模塊功能，或者自行設(shè)計(jì)模塊和開發(fā)板對接來完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1]唐煒.基于“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”的單片機(jī)類課程實(shí)踐教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010（05）.

[2]王京港，張翠屏.基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)及Proteus仿真的單片機(jī)教學(xué)改革探索[J].中國電力教育，2013（22）：138-139.

[3]彭遠(yuǎn)芳，陸勤，胡寧，楊洋.基于“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法”的單片機(jī)課程一體化教學(xué)的探索與實(shí)踐[J].計(jì)算機(jī)教育，2010（06）.

[4]趙永熹，黃云峰.基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法的單片機(jī)課程體系設(shè)計(jì)[J].中國電力教育，2013（4）：55-56.

作者簡介：高峰（1976—），男，金陵科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院講師，主要研究方向：測試計(jì)量技術(shù)及儀器。